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動态光散射

2019-06-04 16:44:27

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光散射基礎:

    • 光是電磁波,其電場與磁場振動方向(xiàng)同傳播方向(xiàng)相互垂直。 

    • 當光穿過(guò)質點時(shí),在光波電場作用下,質點中的電子會(huì)産生強迫振動,并向(xiàng)各個方向(xiàng)發(fā)射電磁波,就(jiù)被(bèi)稱爲散射光。 

    • 散射光方向(xiàng)與入射光方向(xiàng)間的夾角爲散射角。


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     散射因子:

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     散射光強:

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         即:散射光強與顆粒大小六次方成(chéng)正比,與入射光波長(cháng)四次方成(chéng)反比,同時(shí)與樣(yàng)品dn/dc、濃度以及散射角有關。


布朗運動:

        任何懸浮于液體的顆粒都(dōu)會(huì)不停的作布朗運動,其運動的強度與環境有關,同時(shí)也與顆粒本身的大小有關:相同條件下,大顆粒的布朗運動緩慢,而小顆粒的布朗運動劇烈。


        散射光與布朗運動:

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動态光散射原理(DLS/QELS/PCS):

1964 年,Pecora 證明了實時(shí)波動的散射光可以在頻域中産生一個分布,這(zhè)個帶寬 就(jiù)包含著(zhe)顆粒運動的信息。實際上,該線寬Γ可以求出擴散系數 DT,從而由擴散系數與 粒徑之間的關系,得出顆粒的大小。公式如下:
 
            C(τ)=2 [ 1 + b * exp (-2 Γτ) ]  (相關函數:Correlation Function) 

                                                                        其中 2 爲基線,由實驗得出

            Γ=DT * q2      q爲波動矢量因子
 
            DT=KT/3πηd    where K 爲 Boltzman 常數


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動态光散射常用的數學(xué)模型:

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        數學(xué)模型的使用僅意味著(zhe)數學(xué)上的最優解,未必反映實際的物理現象。下表反映了不同模型在樣(yàng)品表征中的結果差異:

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動态光散射中的加權方法及其影響:


權重(Weighting):光強加權(Intenisty)、重量加權(Volume)、表面(miàn)積加權(Surface Area)與數量加權(Number)


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動态光散射測量中的問題與解決方案:


  1.  散射信号弱(小顆粒、低濃度或帶顔色樣(yàng)品):采用高穩定度高功率的激光器或提高樣(yàng)品濃度,增強散射光信号,采用高量子效應的高靈敏檢測器,提高系統信噪比;

  2. 寬分布或大顆粒影響:使用多峰分析模型。如果有雜質或灰塵,需要對(duì)樣(yàng)品進(jìn)行處理(如過(guò)濾或離心);

  3. 數據呈現遞增或遞減:需要增加溫度穩定時(shí)間,消除由于溫度漂移造成(chéng)的粘度變化;

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